量子科技領域的前沿和熱點研究(2018—2021)
——基于WOS高被引論文的科技術語分析

侯藝林

(北京印刷學院，北京 102600)

一、引言

由于量子技術對未來科技發展具有重大影響和戰略價值，各技術強國在量子技術領域的競爭日益激烈。近年來，各國爭相將量子技術納入國家發展戰略，紛紛制定量子技術發展計劃，推進本國的量子技術發展。2020年10月16日，中共中央政治局召開了有關“量子科技研究和應用前景”的集體學習，習近平總書記發表講話指出：加快發展量子科技，對促進高質量發展、保障國家安全具有非常重要的作用。中國的量子技術發展后來居上，在量子應用領域等多個方面已經達到世界先進水平。①李大光.當前世界量子科學技術的發展與應用前景[J/OL].(2021-07-11).人民論壇·學術前沿.http://dio.org/10.16619/j.cnki.rmltxsqy.

目前有關量子科技領域的熱點研究分析較少，李大光在《人民論壇·學術前沿》上發表的論文《當前世界量子科學技術的發展與應用前景》運用了文獻分析法，但是沒有用可視化圖表進行論證。在量子科技領域2018—2021年發表的研究論文中，出現頻率最高的科學術語是“量子態”。通過量子態，可以知道整個系統的所有信息，從而對該系統進行測量，同時“量子設備”和“量子檢測”位居高頻詞第二第三，可以看出量子科技已經逐步從理論走向應用層面。量子科技也在同其他領域進行融合，如表1所示，在2018—2021年間，量子和計算編程、納米技術還有電學都有研究的交叉點，除此之外，量子科技涉及到的有關國家發展策略和各國面臨的量子科技挑戰也成為研究熱點。

表1 量子科技領域2018—2021年論文科學術語Top20

二、研究基礎

(一)研究方法和研究工具

研究采用VOSviewer文獻計量學的方法，對量子科技領域的研究文獻進行計量分析和可視化呈現。文獻計量學廣泛應用于學術研究，通過經驗統計定律探討文獻分布的定量分析知識載體。知識圖譜作為文獻計量學的新發展，綜合多學科的交叉領域。①梁晶璇，宋慧琪，陳佑成，等.基于可視化分析的中國知識轉移研究熱點與展望[J].農業圖書情報學報，2021，33(3)：38-55.本研究采用此方法，通過VOSviewer軟件，從科學術語詞頻分析、科學術語共現分析等技術手段對量子科技領域的前沿熱點進行分析預測。

(二)數據收集

本研究數據來源于Web of Science核心合集數據庫中量子科技領域2018—2021年間的文獻，檢索時間為2018—2021年，主題詞限定為量子(quantum)，通過對檢索結果進行過濾和篩選，剔除與主題不相關的內容，共獲得10000篇文獻作為研究樣本數據。

三、量子科技領域文獻計量分析

為清晰展示量子科技領域的研究現狀與熱點，本研究利用vosviewer軟件繪制科學術語共現圖譜、科學術語演化圖譜、科學術語密度圖等來確定量子科技研究前沿與熱點，并進一步可視化，對熱點與前沿內容進行深入分析，進一步把握量子科技研究領域的核心內容。

共現科學知識圖譜是在既有文獻研究的基礎上試圖發現新知識、探尋新出路的綜述性研究，它借助于已有研究摸清“家底”，找出可能被忽視的領域，以破、立并舉的思路來探索新路徑。②尚虎平，張嬋娟. 國內外基本公共服務均等化績效評估研究的邏輯起點與演進趨勢——基于WOS、CNKI數據共現知識圖譜的可視化分析[J].理論探討，2019(6)：156-164.

共現科學知識圖譜是對科學文獻系統中知識單元間的共現模式進行抽取、簡化和可視化的結果，即通過科學文獻所承載學科及研究領域的概念、知識和社會結構間的相互聯系，構建知識單元共現網絡，以圖譜方式揭示科學研究知識單元和知識群體的網絡結構與動態演變。③張洋，趙鎮寧.共現科學知識圖譜構建技術與工具研究.圖書情報知識，2019(1).通過對Web of Science核心合集數據庫中關于量子科技領域相關研究文獻的引用頻次進行排序，得出了在2018—2021年期間排名前十的高被引論文，如表2所示。論文被引用的頻次在一定程度上可以反映這一期間的研究前沿與熱點，進而進行該領域的研究熱點與前沿預測。由表2可以看出，這10篇高被引論文與石墨烯、能源、二極管等應用有關，說明這幾個研究方向為2018—2021年期間量子科技領域關注的前沿方面。

表2 量子科技領域2018—2021年被引頻次排名前10位的高被引論文

(一)量子科技科學術語共現分析

本研究通過構建共現知識圖譜的方式來分析科學術語之間的共現關系，通過VOSviewer軟件將量子科技領域2018—2021年間發表的熱點論文中出現的科學術語進行聚類分析，并將已發表文獻的科學術語進行詞頻排序，去除一些過于寬泛的詞語(例如paper、set等)，選出共現頻率高于60的科學術語進行聚類分析，得到如圖1所示的聚類圖譜。

圖1展示了量子科技熱點主要集中在四個方面，聚類一(紅色)是量子科技領域理論和其與能量有關的概念研究，聚類二(藍色)是量子科技與其他領域結合的相關應用，聚類三(綠色)是量子科技在生物學上的應用，聚類四(黃色)主要是量子科技在特定設備(尤其是二極管上的應用)。此外，由圖1可以看出，近年來對于量子科技的研究主要趨向于其在能量上和現實生活中的應用，已經從理論層面轉到操作層面，除了研究量子及其相關理論，更多的研究在于通過量子科技解決其他專業領域的難點問題，找到突破口，為社會發展做出貢獻。

圖1 2018—2021年期間量子科技領域科學術語共現圖譜

該圖還展現了一個有趣的現象，這四大聚類出現了共同的交匯點“challenge”，也就是說，目前對于量子科技領域來說，不管是哪一方面都面臨著挑戰。一是因為量子科技經過一個多世紀的發展到達了瓶頸期，二是因為量子科技相關研究成果的應用對于如今這個復雜多變、科技日新月異的時代極其重要，哪個國家在量子領域取得了不可替代的成就就將成為整個時代的科技領頭羊。

(二)量子科技科學術語演化分析

項目密度可視化的視圖如圖2所示，通過VOSviewer軟件制作出量子科技領域科學術語密度圖，來展示出該領域的研究的重點和熱點。在VOSviewer軟件中，采用overlay圖譜進行量子科技領域科學術語的演化分析，科學術語在圖譜中對應節點的顏色代表的是科學術語出現了平均年份，顏色越接近藍色，代表科學術語出現的時間越早，越接近黃色代表科學術語出現的時間越晚。由圖2可以看出，量子科技領域2018—2021年間科學術語出現的時間集中在2019年下半年到2020年上半年。detection(量子檢測)、strategy(策略)、以及photocatalyst(光催化劑)等科學術語出現在2019年，這表示量子的實際應用在2019年熱度最高。通過state(量子態)、model(量子模型)以及energy(量子勢能)等熱點科學術語集中出現在2020年左右，由此可以發現，量子科技領域的研究開始在概念上有所突破，從之前專注于具體科技實物創造，轉向在量子概念上的創新。

圖2 量子科技領域科學術語演化圖譜

隨著整個人類世界對能源的需求不斷擴大，加之意識到能源對一個國家起著決定性作用，是經濟發展的原動力和人類賴以生存的物質基礎，所以對量子科技的研究開始偏向于與能源結合，例如量子科技與太陽能光熱量子科技等。

(三)科學術語密度分析

在項目密度圖譜中，以與網絡可視化和覆蓋可視化類似的方式，通過標簽來表示項目，項目密度可視化中的每個點都有一個顏色，顏色從綠色再到黃色，指示該點項目的密度。

當一個點附近的項目越多時，這個點的顏色就會越接近黃色，反之，一個點附近的項目數量越少，相鄰項目的權重就會越低，該點的顏色就會越接近藍色。由圖3可以看出，量子勢能、量子態、量子模型在通信、新型材料等方面的應用是近些年來量子科技領域最受關注的研究方向。

圖3 領域科學術語項目密度圖

通過觀察量子科技相關術語聚集密度圖來觀察與量子相關領域的研究內容，找到新的研究突破口。由圖4可以看出，不同顏色內的術語具有一定的關聯性，例如，未來可以將量子科技與可再生能源或者生物醫學進行融合研究。

圖4 量子科技領域術語聚集密度圖

四、研究建議

研究成果停留在2019年，最新的量子領域研究成果不足。通過本文中的科學術語演化圖譜，我們可以發現，很多量子領域的實際應用類型的創造發明都停留在了2019年，代表最新研究成果的黃色圖標，相較于藍色和紫色明顯少了很多。這也提示我們2020年受全球新冠疫情的影響，在量子科技領域并沒有太多新的研究成果，反而回歸了理論層面。

量子科技領域面臨挑戰。第一，量子科技領域面臨自身的發展挑戰。該領域的研究想要突破比較困難，原因在于量子科技領域要求的專業性非常強，需要的專業科研人才又很稀缺，導致目前量子領域遇到了瓶頸期。第二，各個國家對量子科技越來越重視，在量子科技領域站穩腳跟可以讓我國在國際競爭中搶占制高點。

研究發現在量子科技領域與醫學相關的研究非常少，在全球新冠疫情背景下，如果能利用量子科技在病情的篩查、病情的治療、醫療數據收集等方面造福人類，那么量子科技也許將不再停留在理論層面。

五、結論

投入到量子科技與其他學科的技術融合上。通過對2018—2021年量子科技研究領域的相關文獻進行計量分析，利用對量子科技相關科學術語的可視化呈現，來揭示該領域的前沿熱點，為今后進行量子科技相關研究提供一定的參考價值，讓量子科技不再遙遠而陌生，可以為人類的生存和發展更好地服務。

本文使用文獻計量的方法，結合VOSviewer軟件，對量子科技領域三年內發表的研究文獻進行梳理，并通過共現分析法、科學術語演化分析法和科學術語密度分析法對該領域整體研究狀況、研究熱點以及研究前沿進行分析研究，研究結論如下：

2018—2021年期間量子科技研究熱點集中在量子態、量子模型以及量子科技所面臨的挑戰等方面。同時，量子科技的應用主要集中在能源、編程、生物學和通信等領域。

量子科技研究的主題隨著社會的變革而發展，隨著時間的推移，量子科技的研究將更加具有“實用性”，由對量子科技的相關專業概念的發現轉而